陳林江

（成都艾爾普氣體產(chǎn)品有限公司，四川 成都 611930）

隨著“低碳環(huán)?！钡母拍钇占?，減少“碳排放”已經(jīng)成為目前各工廠的重要指標(biāo)，“節(jié)能降耗、提質(zhì)爭(zhēng)效”成為化工行業(yè)的新時(shí)尚。離心壓縮機(jī)是空分裝置的核心設(shè)備，也是裝置中的主要耗能設(shè)備。某公司空分廠有2臺(tái)15000m3/h的氮?dú)鈮嚎s機(jī)，功率是1800kW。由于用戶需求約為15000～18000m3/h之間，一臺(tái)設(shè)備不能滿足供氣量，兩臺(tái)設(shè)備最低負(fù)荷供氣量約為24000m3/h。為此不得不開較大的回流，從而導(dǎo)致了較大的能源浪費(fèi)。因此，采取合理有效的措施、降低壓縮機(jī)能耗，對(duì)裝置節(jié)能增效有重大意義。本文從離心壓縮機(jī)的工藝參數(shù)控制、機(jī)組結(jié)構(gòu)優(yōu)化和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的改進(jìn)三個(gè)方面介紹和探討了離心壓縮的主要節(jié)能技術(shù)，并結(jié)合公司生產(chǎn)實(shí)際提出了相應(yīng)的改進(jìn)意見。

1 研究背景

壓縮機(jī)的不定時(shí)開關(guān)及較大的回流引起了公司的關(guān)注。通過計(jì)算，當(dāng)2臺(tái)壓縮機(jī)均開最低負(fù)荷時(shí)，電流合計(jì)為260A。實(shí)際用于壓縮的電流約為220A，由此至少造成了40A的浪費(fèi)，年浪費(fèi)電能約292萬度電能，預(yù)計(jì)140萬元，占裝置年利潤(rùn)的5%。為此裝置設(shè)備和工藝管理人員對(duì)目前的狀態(tài)進(jìn)行研究，決定對(duì)氮?dú)鈮嚎s系統(tǒng)進(jìn)行技改，即新增加一臺(tái)氮?dú)鈮嚎s機(jī)，既能滿足用戶15000～20000m3/h的流量要求，又能夠大幅降低功率消耗，達(dá)到節(jié)能效果。

2 節(jié)能措施研究

2.1 選擇合適的吸入壓力

壓縮機(jī)吸入壓力的選取，對(duì)壓縮機(jī)能耗有很大的影響，吸入壓力越低，能耗越大，尤其是壓縮機(jī)一段吸入壓力，對(duì)壓縮機(jī)能耗影響更大。適當(dāng)提高壓縮吸入壓力，有利于降低壓縮機(jī)能耗。目前，空分廠氮?dú)鈮毫^低，針對(duì)此問題，裝置入口管道通過減少?gòu)濐^，靠近氮?dú)夥蛛x塔，努力減少進(jìn)氣管網(wǎng)阻力，在保證足夠的處理氣量的前提下，提高壓縮機(jī)入口壓力，以降低來氣壓力低對(duì)壓縮機(jī)能效的不利影響。由原始微正壓的溫度，提升至120kPa，提高了入口壓力，減少壓縮做功。

2.2 控制壓縮機(jī)各段氣體入口溫度

由壓縮機(jī)循環(huán)過程分析得知：在多級(jí)壓縮過程中，壓縮機(jī)的級(jí)間冷卻效果直接關(guān)系到其級(jí)間溫度的控制，合理的控制壓縮機(jī)各段氣體的入口溫度對(duì)壓縮機(jī)的節(jié)能增效有著顯著的作用。空分廠中設(shè)備冷卻循環(huán)水為廠內(nèi)自有循環(huán)水，有空間也有條件實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)質(zhì)的循環(huán)水和較低的循環(huán)水溫度。常規(guī)壓縮機(jī)級(jí)間或機(jī)后冷卻器多采用列管式換熱器，存在換熱效率低等故障。針對(duì)此問題，在新壓縮機(jī)輔助設(shè)備設(shè)計(jì)過程中，將級(jí)間冷卻器的換熱面積擴(kuò)大，設(shè)計(jì)級(jí)間溫度循環(huán)水溫差為2～5℃。

2.3 改進(jìn)壓縮機(jī)葉輪

三元流葉輪是在三維空間坐標(biāo)中計(jì)算氣體流動(dòng)而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，大型壓縮機(jī)使用的基本是三元流葉輪。目前舊葉輪采用三元流葉輪，壓縮機(jī)出口設(shè)計(jì)壓力為1MPa，實(shí)際輸出壓力調(diào)節(jié)到0.72MPa，且長(zhǎng)期處于該調(diào)節(jié)壓力區(qū)間。針對(duì)舊葉輪負(fù)荷較大的情況，也可以通過計(jì)算方法，計(jì)算出修改葉輪的尺寸，使壓縮機(jī)輸出壓力為0.72～0.8MPa，從而能夠提高葉輪效率2%～5%。由于石油化工行業(yè)很多企業(yè)的壓縮機(jī)應(yīng)用的都是10年甚至20年前的技術(shù)，都將相繼進(jìn)入改造期，從經(jīng)濟(jì)性角度看，這種改造意義很大，它大大提高了石油化工裝置的生產(chǎn)能力及經(jīng)濟(jì)效益，降低產(chǎn)品單耗。就單機(jī)改造而言，其節(jié)能效果也是非常明顯的。

2.4 改進(jìn)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

為預(yù)防發(fā)生喘振工況，離心壓縮機(jī)都設(shè)有防喘振控制系統(tǒng)。眾所周知，壓縮機(jī)過大的回流量將會(huì)使機(jī)組的能耗增加。一般情況，國(guó)內(nèi)外很多壓縮機(jī)制造廠給空分廠配套使用的離心氮?dú)鈮嚎s機(jī)組的回流量大多沒有安裝計(jì)量?jī)x表，所以就無法將防喘振控制信號(hào)取為流量，通常取用的是壓縮機(jī)電流信號(hào)。實(shí)際上，電流信號(hào)相比壓縮機(jī)氣體流量，采用氣體流量控制更為精確。因此，將防喘振手動(dòng)控制改為自動(dòng)控制，并且研究應(yīng)用更加先進(jìn)準(zhǔn)確的防喘振控制系統(tǒng)對(duì)壓縮機(jī)回流量進(jìn)行精確合理的控制，進(jìn)而降低機(jī)組能耗是一種可行的辦法。

當(dāng)單臺(tái)氮?dú)鈮嚎s機(jī)運(yùn)行時(shí)，其中K701A/B（原舊壓縮機(jī)）流量約15000m3/h，對(duì)應(yīng)電流為200A，即：每消耗1A電流對(duì)應(yīng)流量為60m3/h；K701C流量約6000m3/h，對(duì)應(yīng)電流為71A，即：每消耗1A電流對(duì)應(yīng)流量為104m3/h。由以上數(shù)據(jù)可看出，新壓縮機(jī)具有更高的效率。所以，在兩臺(tái)壓縮機(jī)啟動(dòng)期間，必須存在回流時(shí)，應(yīng)該在提高新設(shè)備的負(fù)荷到100%，適當(dāng)降低原舊壓縮機(jī)負(fù)荷作為調(diào)節(jié)配合，以節(jié)省電流。其配合如表1。

表1 目前工況下兩機(jī)配合的流量方案

所有性能均滿足技術(shù)協(xié)議（按照K701A/B負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)，K701C負(fù)責(zé)滿負(fù)荷）：

當(dāng)需要20000流量時(shí)，兩機(jī)組合計(jì)電流約為200+57A；同比246A增加13A；

當(dāng)需要19000流量時(shí)，兩機(jī)組合計(jì)電流約為175+57A；同比226A增加6A；

當(dāng)需要18000流量時(shí)，兩機(jī)組合計(jì)電流約為155+57A；同比209A增加3A；

當(dāng)需要17000流量時(shí)，兩機(jī)組合計(jì)電流約為138+57A；同比192.7A增加2.3A；

當(dāng)需要16000流量時(shí)，兩機(jī)組合計(jì)電流約為125+57A；同比182A增加0A（類似持平）。

由此可看出其優(yōu)勢(shì)。調(diào)節(jié)兩機(jī)主副的主要方法為調(diào)節(jié)壓縮機(jī)排氣壓力，若希望新機(jī)器做功多，可調(diào)節(jié)新機(jī)器出口壓力略高于舊機(jī)器即可。壓縮機(jī)流程圖如圖1。

圖1 壓縮機(jī)流程圖

3 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

通過對(duì)離心壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)的研究，優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行模式，得出以下結(jié)論及認(rèn)識(shí)。（1）應(yīng)采用合理的方式降低壓縮機(jī)的吸入壓力和級(jí)間壓降，控制壓縮機(jī)各段氣體入口溫度。（2）三元流葉輪設(shè)計(jì)可有效地提高壓縮機(jī)運(yùn)行效率，降低機(jī)組能耗。（3）設(shè)置合理的防喘振信號(hào)取點(diǎn)，對(duì)氮?dú)怆x心壓縮機(jī)高效運(yùn)行具體很高的經(jīng)濟(jì)效益。

4 綜合效益

新增K701C氮?dú)鈮嚎s機(jī)項(xiàng)目于2018年12月立項(xiàng)，2019年10月到貨，2019年12月完成調(diào)試，隨后交付生產(chǎn)投用。目前運(yùn)行至今，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)，節(jié)能效果顯著。

設(shè)備參數(shù)：電機(jī)額定電流：72A；功率因數(shù)：0.88，額定功率：630kW；電壓：6000V。

與技改以前工況比較，實(shí)際每年節(jié)約電約300萬kW·h，每年節(jié)省電費(fèi)150萬元。投資回收期不到2年。

5 結(jié)語

企業(yè)要生存和發(fā)展，節(jié)約成本也是必不可少的一項(xiàng)重要任務(wù)。降本增效的核心是在設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，減少不必要的能源浪費(fèi)，提高設(shè)備效率。該項(xiàng)目的應(yīng)用有效降低了產(chǎn)品電能消耗、提高了設(shè)備運(yùn)行效率，從而提高了裝置運(yùn)行和設(shè)備管理水平，對(duì)提高公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。